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HL-D104風光互補發電實訓系統
一.設備概述
該實訓系統能夠使學生掌握風光互補的發電原理、發電裝置安裝、系統設計、系統聯調、能源信息與互聯、故障排除、情景分析以及職業素養等方面的團隊協作能力。在緊貼新能源產業發展與需求的同時，培養新能源產業發展技術型人才需求，推動各高職院校開展專業建設，展示相關教學改革和實踐成果。
風光互補發電實訓系統主要由光伏模擬裝置、光伏充放電系統、風力模擬裝置、風力充放電系統、逆變與負載系統、監控系統組成。
二.系統組成
風光互補發電實訓系統主要由光伏模擬裝置、光伏充放電系統、風力模擬裝置、風力充放電系統、逆變與負載系統、監控系統組成。風光互補發電實訓系統采用獨立網孔面板結構、模塊化結構設計，各裝置和系統既可以獨立運行，也可以組成光伏發電實訓系統、風力發電實訓系統或風光互補發電實訓系統。
風力發電由模擬風場和風力發電機組成，尾舵偏航控制與風場運動均由PLC控制實現；光伏發電由模擬光源與跟蹤系統組成，模擬光源采用擺臂式，手動或自動化模擬太陽從升起到日落過程，電池板采用4塊單晶組件組成，跟蹤裝置采用雙軸二維跟蹤系統，既可手動跟蹤，也可PLC自動跟蹤，使光伏組件正對光源輸出功率；環境采集模塊可實時采集組件表面光照強度、溫度及濕度，方便測試環境變化對光伏發電性能影響；儀表單元實時采集系統發用電信息，并傳遞給觸摸屏，進行綜合監測；匯流單元將多路電池組件并聯后匯成一路輸出，具有防反、過流與防雷功能；光伏控制器、風機控制器與離網逆變器采用原理與結構外露的形式，核心驅動板均采用高性能ARM處理器，控制器采用PWM充電技術，逆變器用工頻隔離的全橋正弦逆變拓撲結構，所有驅動信號波形可在線進行測試，方便學生深入了解控制器和逆變器的結構與原理；上位機采用工業計算機，通過上位機軟件對系統發用電數據進行監測、查詢。
三.光伏系統設計軟件
軟件主要功能：光伏電站和光伏發電應用系統的輔助設計
1.1多樣化的光伏系統設計
能夠建立不同類型的光伏系統，主要包含：光伏路燈、光伏水泵、離網、并網等系統。
1.2完善的地理信息數據
選定某城市后，軟件能自動給出所選城市的經緯度、海拔、當地的氣象數據等。
1.3強大的數據信息管理
預留了自定義更改數據庫權限，可手動更改已知某地區的氣象數據庫內容。
1.4豐富的選型體系結構
提供廠商的選型資料庫，自動展示該產品的詳細技術參數。
1.5節能減排環保性能分析
提供詳細的環保效益分析，并給出溫室氣體減排量以及標準煤節約量等。
1.6全面的方案報告分析
根據所填參數，自動生成系統方案報告（支持輸出.doc文檔）。
1.7電站性能分析
根據給定信息計算出光伏電站的發電量與整體收益，并對電站的整體投資價值進行估算。
1.8提供中文版軟件界面，該軟件界面友好、操作簡單、數據結果可信、運行穩定可靠，可作為高校教學或相關研發人員的光伏電站設計與仿真工具，仿真及優化結果與國際主流光伏仿真軟件的差異較小。
四.主要實驗實訓內容
（1）光伏模擬裝置實訓
1）光電池方陣的安裝
2）光伏供電裝置組裝
（2）光伏供電系統實訓
1）光伏供電系統接線
2）光線傳感器原量
3）光伏電池組件光源跟蹤控制程序設計
4）光伏電池的輸出特性
5）蓄電池的充電特性和放電保護
6）光伏供電系統的操作和使用注意事項
（3）風力模擬裝置實訓
1）水平軸永磁同步風力發電機組裝
2）模擬風場裝置組裝
3）側風偏航裝置的組裝
（4）風力供電系統實訓
1）風力供電系統接線
2）模擬風場控制程序設計
3）風力發電機側風偏航控制程序設計
4）風力發電機輸出特性測試
5）風力供電系統的操作和使用注意事項
（5）逆變與負載系統實訓
1）逆變器的負載安裝與調試
2）逆變器的原理與測試
五.技術參數
1)太陽能電池組件：單晶組件，輸出功率20W，數量4塊；
2)模擬光源：2盞300W鹵鎢燈，由蝸桿減速機擺動，模擬太陽升起至日落運動；
3)模擬光源拖動電機：交流電機；模擬光源拖動減速機：減速機，減速比3000:1；
4)光伏跟蹤傳感器：采用四象限高精度光敏傳感器結構，6路模擬量信號輸出,跟蹤探頭采用無色透明外殼，方便學生觀察；
5)太陽能跟蹤系統：采用雙軸二維跟蹤方式，水平270±5°，俯仰75±5°，精度±0.5°；
6)跟蹤控制單元：手動/自動模擬光源運動與光伏跟蹤控制采用PLC主控模塊；
7)光照及溫濕度傳感器模塊：光照度0-20K(LUX)，溫度-40-80℃，濕度0-99.9%RH；
8)風力發電機：水平軸永磁同步風力發電機；輸出電壓12V、葉片數量3片；
9)尾舵偏航系統：采用尾舵迎風與側風偏航控制，偏航角度0°-90°；采用DC24V直流同步電機驅動；
10)模擬風源：采用變頻軸流通風機，電壓220V、功率0.37KW、轉速1400rpm；采用變頻器驅動；
11)模擬風場：模擬風源在電機的拖動下繞風力發電機做圓弧運動，運動角度60±5°,風力發電機四周采用隔離網布置，確保學生實訓安全；
12)模擬風場拖動電機：額定輸出功率100W、額定轉速1400rpm、減速比140：1；
13)風速傳感器：測量模擬風源風速，脈沖輸出，電源DC5V，輸出1.5脈沖m/s；
14)光伏匯流單元：2路光伏輸入1路光伏輸出；具有防反、防雷保護等；
15)模擬風場控制單元：手動/自動風場運動與尾舵偏航控制采用PLC主控模塊；
16)儀表單元：直流電壓表DC0-50V；直流電流表DC0-5A；交流電壓表AC0-300V；交流電流表AC0-2A ；
17)蓄電池：鉛酸電池12V/12AH*2；
18)太陽能控制器：DC12V、DC5A、PWM方式充電；電路模塊化開放設計，方便充電波形與電路測試；有充放電、電池狀態指示、溫度補償；蓄電池反接、夜間防反沖、防雷、限流、過充、過放、負載過載、短路等保護；
19)風機控制器：電壓DC12V(整流)、額定電流5A、PWM(脈沖寬度調制)方式充電；電路模塊化開放設計，方便充電波形與相關電路電氣測試；具有風速檢測、偏航控制信號或剎車信號輸出功能；有充放電指示等功能；具有蓄電池反接、防雷、風機限流、過充、過放、負載過載、短路等保護功能；
20)離網逆變器：輸入DC12V；輸出AC220V±10%、50HZ、50VA、純正弦波；工頻變壓器隔離；電路模塊化開放設計，可進行SPWM逆變驅動波形、逆變輸出電壓波形與電路電氣測試；可時行死區按鍵設置；具有軟啟動、過欠壓關斷、短路、過載等保護功能；
21)功率電阻模塊：0-2000歐可調,功率100W；直流阻性、直流感性負載；交流阻性、交流感性負載；
22)觸摸屏：采用一體化觸摸屏；實時監測系統發電、用電與環境參數等信息；具有歷史曲線顯示；
23)工控機：采用觸摸屏工控一體機；
24)監控軟件：實時監測并存儲系統發電、用電與環境參數等信息，實時對模擬光源、光伏跟蹤等進行控制；具有曲線顯示等功能；
序號 | 名稱 | 技術參數 | 數量 |
1 | 光伏供電裝置臺架 | 長×寬×高:1800mm×1700mm×1600mm（運行安全占地尺寸） | 1臺 |
2 | 電池組件 | 額定功率：20W 誤差：±5% 額定電壓：17.6V 額定電流：1.14A 開路電壓：21.7V 短路電流：1.26A 工作環境溫度：45℃±2℃ 尺寸：450*430*25mm | 4個 |
3 | 追日傳感器 | 采用四象限高精度光敏傳感器結構， 6路模擬量信號輸出, 跟蹤探頭采用無色透明外殼， | 1套 |
4 | 光照度傳感器 | 工作電源：DC 3.3V-5V； 工作電流：＜5ma； 光照度范圍：0-200000Lux； 精度：±5%； 工作環境：溫度-40°c-60°c 支持Modbus-RTU協議 | 1套 |
5 | 投射燈 | 電壓：220V 頻率：50Hz 電流：1.36A 功率：300W | 2個 |
6 | 追日機構 | 結構：渦輪蝸桿結構（減速箱） 驅動：直流電機 軸數：雙軸二維 減速電機：DC24V rpm:10 減速比：80:1 | 1套 |
7 | 單相交流鍵槽感應電動機 | 輸入電壓：AC220V 輸出功率：90W 額定轉速：1350r/min | 1個 |
8 | 匯流箱 | 參考尺寸：205*170*90mm； 輸入電池組數：2路； 輸出組數：1路； | 1套 |
9 | 接近開關 | 介質耐壓：1000VAC 振動：10-55Hz 防護等級：IP40 使用溫度、濕度：-25℃- +80℃；＜80% | 2個 |
二、風力供電裝置 | |||
序號 | 名稱 | 技術參數 | 數量 |
1 | 風力供電裝置臺架 | 長×寬×高：2000mm×1700mm×1500mm（運行安全占地尺寸） | 1臺 |
2 | 水平軸永磁同步風力發電機 | 輸出功率：300W 輸出（整流）電壓：＞ 12V 葉片旋轉直徑：1m | 1個 |
3 | 風速儀 | 輸出電壓：0~5V | 1個 |
4 | 軸流通風機 | 電壓：220V（由變頻器控制） 額定電流：1.92/1.11A 防護等級：IP55 軸流風機支架 軸流風機框罩 | 1個 |
5 | 風向控制電機 | 減速比：140：1 額定電流：0.8A 額定頻率：50Hz 防護等級：IP20 | 1套 |
6 | 接近開關 | 工作電源：DC 3線式6-36VDC 檢測距離：30mm 輸出類型：PNP 控制輸出：常開 防護等級：IP65 工作溫度：-20℃- +70℃ | 1個 |
三、光伏供電系統 | |||
序號 | 名稱 | 技術參數 | 數量 |
1 | 光伏供電系統臺架 | 長×寬×高:945mm×610mm×1900mm | 1臺 |
2 | 光伏電源控制單元 | 含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態指示燈、AC220V電源插座，接線端子排 | 1套 |
3 | 光伏輸出顯示單元 | 含顯示單元面板、顯示單元盒體、控制盒側邊型材、直流電流表、直流電壓表、接線端子排等 1)精度等級：0.5級 2)顯示方式：LED 3)相數：單相 4)輸入方式：直流信號輸入 5)通信接口：RS485（Modbus RTU協議） 6）準確度：電壓電流0.5%； 7）接線方式：單相 8）電壓：DC 0~30V； 9) 電流：DC 0~5A； 10）電源工作范圍：AC、DC 80-270V；頻率50/60Hz；功率≤5VA | 1套 |
4 | 光伏供電控制單元 | 電池板跟蹤方向：東、南、西、北 | 1套 |
5 | 充、放電控制器 | 含核心板，接口底板，充電板 額定電壓DC12V、額定電流DC5A、PWM脈沖寬度調制）方式充電；微控制器采用ARM內核32位高性能大容量芯片；軟件基于C語言嵌入式開發，電路模塊化開放設計，方便進行充電波形與電路電氣測試；具有充放電指示等功能；具有蓄電池反接、夜間防反沖、防雷、光伏限流、過充、過放、短路等保護功能。 | 1套 |
6 | PLC CPU | S7-200 smart CPU SR40 工作電源：AC 85~264V； 數字量輸入：24路； 數字量輸出：16路； 輸出類型：繼電器型； 脈沖捕捉輸入：14個； 布爾運算：0.15μs/指令； 實數數學運算：3.6μs/指令； 循環中斷：共2個，分辨率為1ms； 通信端口：以太網*1； 串行端口：RS485*1； | 1個 |
7 | PLC擴展模塊 | 擴展模塊品牌需與PLC CPU一致 模擬量輸入通道：4路； 模擬量輸入類型：電壓或電流； 模擬量輸入范圍：±10V，±5V，±2.5V，或0~20mA； | 2個 |
8 | 可調電阻 | 可調范圍：0~2000歐姆，連續可調 額定功率：100W 允許偏差：±5% 外型：圓盤 | 1個 |
9 | 繼電器組 | 線圈額定電壓：DC24V； 常開觸點：2路； 常閉觸點：2路； 帶有繼電器底座； | 11個 |
10 | 鉛酸蓄電池 | 容量：12V/12Ah 單個重量：4kg 尺寸：150mm*100mm*100mm | 2節 |
四、風力供電系統 | |||
序號 | 名稱 | 技術參數 | 數量 |
1 | 風力供電系統臺架 | 長×寬×高:945mm×610mm×1900mm | 1臺 |
2 | 風力電源控制單元 | 含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態指示燈、電源插座 | 1套 |
3 | 風力輸出顯示單元 | 含顯示單元面板、顯示單元盒體、控制盒側邊型材、直流電流表、直流電壓表、接線端子排等 1)精度等級：0.5級 2)顯示方式：LED 3)相數：單相 4)輸入方式：直流信號輸入 5)通信接口：RS485（Modbus RTU協議） 6）準確度：電壓電流0.5%； 7）接線方式：單相 8）電壓：DC 0~30V； 9) 電流：DC 0~5A； 10）電源工作范圍：AC、DC 80-270V；頻率50/60Hz；功率≤5VA | 1套 |
4 | 風力供電控制單元 | 風場運動方向：順時、逆時 | 1套 |
5 | 觸摸屏 | 7",彩色； 通訊接口：RS485； 以太網； | 1個 |
6 | 充、放電控制器 | 含核心板，接口底板，充電板 額定電壓DC12V、額定電流DC5A、PWM脈沖寬度調制）方式充電；微控制器采用ARM內核32位高性能大容量芯片；軟件基于C語言嵌入式開發，電路模塊化開放設計，方便進行充電波形與電路電氣測試；具有充放電指示等功能；具有蓄電池反接、夜間防反沖、防雷、光伏限流、過充、過放、短路等保護功能。 | 1套 |
7 | PLC CPU | S7-200 smart CPU SR30 工作電源：AC 85~264V； 數字量輸入：18路； 數字量輸出：12路； 輸出類型：繼電器型； 脈沖捕捉輸入：14個； 布爾運算：0.15μs/指令； 實數數學運算：3.6μs/指令； 循環中斷：共2個，分辨率為1ms； 通信端口：以太網*1； 串行端口：RS485*1； | 1個 |
8 | 變頻器 | 工作電源：AC 220V； 額定功率：0.37kw； 控制方式：電壓/頻率控制方式； 柔性PWM控制、 線性V/f控制、 磁通電流控制方式：FCC； 有模擬量輸入、模擬量輸出; 有數字量輸入、數字量輸出； 保護與報警功能； 環境溫度：-10℃- +50℃（不結冰） | 1個 |
9 | 可調電阻 | 可調范圍：0~2000歐姆，連續可調 額定功率：100W 允許偏差：±5% 外型：圓盤 | 1個 |
10 | 繼電器組 | 線圈額定電壓：DC24V； 常開觸點：2路； 常閉觸點：2路； 帶有繼電器底座； | 4個 |
五、逆變與負載系統 | |||
序號 | 名稱 | 技術參數 | 數量 |
1 | 逆變與負載系統臺架 | 長×寬×高:945mm×610mm×1900mm | 1臺 |
2 | 逆變輸出顯示單元 | 含顯示單元面板、顯示單元盒體、控制盒側邊型材、交流電流表、交流電壓表、接線端子排等 精度等級：0.5級 顯示方式：LED 相數：單相 輸入方式：交流信號輸入 通信接口：RS485（Modbus RTU協議） 1)精度等級：0.5級 2)顯示方式：LED 3)相數：單相 4)輸入方式：交流信號輸入 5)通信接口：RS485（Modbus RTU協議） 6）準確度：電壓電流0.5%； 7）電壓： AC0-300V； 9) 電流：AC0-3A； 10）電源工作范圍：AC、DC 80-270V；頻率50/60Hz；功率≤5VA | 1套 |
3 | 報警燈 | 工作電壓：AC220V 功率：15W 顏色：紅色 工作方式：閃亮 安裝方式：螺桿安裝 防護等級：IP55防塵、防水 | 1個 |
4 | 逆變控制器 | 包含接口底板、核心板、升壓板、逆變板 輸入電壓DC12V；輸出AC220V±10%、50HZ、50VA、輸出純正弦波；輸出采用工頻隔離；微控制器采用ARM內核32位高性能大容量芯片；軟件基于C語言嵌入式實時操作系統uCOS-II開發，電路模塊化開放設計，方便進行SPWM逆變驅動波形、逆變輸出電壓波形與相關電路電氣測試；可進行死區按鍵設置；具有軟啟動、過欠壓關斷、短路、過載等保護功能。 | 1套 |
六、監控系統 | |||
序號 | 名稱 | 技術參數 | 數量 |
1 | 工控機 | 1.17寸 2.分辨率：1280*1024 3.硬盤：64G SSD 4.含鍵盤鼠標 5.含微軟操作系統Window7 | 1臺 |
2 | 組態軟件 | MCGS昆侖組態 | 1個 |
八、新能源光伏系統設計軟件 | |||
1 | 新能源光伏系統設計軟件 | 軟件主要功能：光伏電站和光伏發電應用系統的的輔助設計 1.1多樣化的光伏系統設計 能夠建立不同類型的光伏系統，主要包含：光伏路燈、光伏水泵、離網、并網等系統。 1.2完善的地理信息數據 選定某城市后，軟件能自動給出所選城市的經緯度、海拔、當地的氣象數據等。 1.3強大的數據信息管理 預留了自定義更改數據庫權限，可手動更改已知某地區的氣象數據庫內容。 1.4豐富的選型體系結構 提供廠商的選型資料庫，自動展示該產品的詳細技術參數。 1.5節能減排環保性能分析 提供詳細的環保效益分析，并給出溫室氣體減排量以及標準煤節約量等。 1.6全面的方案報告分析 根據所填參數，自動生成系統方案報告（支持輸出.doc文檔）。 1.7電站性能分析 根據給定信息計算出光伏電站的發電量與整體收益，并對電站的整體投資價值進行估算。 1.8提供中文版軟件界面，該軟件界面友好、操作簡單、數據結果可信、運行穩定可靠，可作為高校教學或相關研發人員的光伏電站設計與仿真工具，仿真及優化結果與國際主流光伏仿真軟件的差異較小。 | 1個 |
九、工具及耗材 | |||
1 | 萬用表（優利德） | UT33D+ | 1個 |
2 | 網線鉗 | BST-01117 | 1個 |
3 | 網線測試儀 | BST-01131 | 1個 |
4 | 電池 | 6F22ND | 1個 |
5 | 針型端子壓線鉗 | SN-06WF | 1個 |
6 | 叉型端子壓線鉗 | SN-02 | 1個 |
7 | 小一字螺絲刀 | 2.4*50 | 1個 |
8 | 小十字螺絲刀 | 2.4*50 | 1個 |
9 | 長柄螺絲刀 | 5*150 | 1個 |
10 | 剝線鉗 | 0.2-1.2mm² | 1個 |
11 | 剪刀 | 短口小剪刀 | 1個 |
12 | 內六角扳手 | 2mm,2.5mm,3mm,4mm,5mm,6mm（6件） | 1套 |
13 | 保險絲 | 2A，直徑5mm*20mm | 5個 |
14 | 保險絲 | 10A，直徑5mm*20mm | 5個 |
15 | 斜口鉗 | 6-150 | 1個 |
16 | 電烙鐵 | 60W可調 | 1個 |
17 | 編程電纜 | 5米成品網線 | 1根 |
18 | 型塑料工具箱 | 17〃 | 1個 |
19 | 充電器 | 12V | 1個 |
20 | 電線（紅色） | BVR-0.75 mm² | 100米 |
21 | 電線（黑色） | BVR-0.75 mm² | 100米 |
22 | 電線（黃綠色） | BVR-0.75 mm² | 100米 |
23 | 電線（紅色） | BVR-0.3 mm² | 100米 |
24 | 電線（白色） | BVR-0.3 mm² | 100米 |
25 | 電線（藍色） | BVR-0.3 mm² | 300米 |
26 | 兩芯電纜 | 2*0.3 mm² | 5米 |
27 | 兩芯屏蔽電纜 | 2*0.3 mm² | 10米 |
28 | 壓接頭 | 叉型：￠1.25-3 100個/包 | 5包 |
29 | 壓接頭 | 管型0.5 1000個/包 | 2包 |
30 | 壓接頭 | 管型1.0 1000個/包 | 1包 |
31 | 網線 | 超五類 | 20米 |
32 | 水晶頭 | RJ45 | 20個 |
33 | 焊錫絲、松香 | ￠0.8 3米/卷 | 1卷 |
十、配套課程資源 | |||
1 | 設備配套教學資料 | 實驗指導書 | 1本 |
